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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.CLASS 21: Electrical apparatus and machines.

zur Verminderung der Funkenbildung.to reduce spark formation.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 17. Januar 1897 ab.Fatentirt in the German Empire from January 17, 1897.

Die den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Neuerungen beziehen sich auf Dynamomaschinen und bezwecken, in einfacher Weise die durch Funkenbildung und Rückwirkung der Armatur, besonders bei Maschinen mit in Schlitze oder Löcher des Ankerkernes versenkten Bewickelungen auftretenden Nachtheile zu beseitigen. Diese Uebelstände machen sich besonders dann bemerkbar, wenn zwischen der Armatur und den Polen des Feldmagneten der mit Luft erfüllte Zwischenraum klein ist. Bei solchen Maschinen ist die Rückwirkung der Armatur bedeutend und der Wirkungsgrad wird durch die Funkenbildung an den Bürsten und den nothwendigen gröfseren Voreilungswinkel dieser letzteren beträchtlich vermindert. The innovations forming the subject of the present invention relate to dynamo machines and aim, in a simple way, by sparking and reaction of the valve, especially in machines with wraps sunk into slots or holes in the anchor core to eliminate. These evils are particularly noticeable when between the armature and the poles of the field magnet, the space filled with air is small. In such machines, the reaction of the valve is important and so is the efficiency is caused by the spark formation on the brushes and the necessary larger lead angle the latter considerably diminished.

Im Nachfolgenden wird eine der Erfindung entsprechend angeordnete Gramme'sche Maschine beschrieben. Die Armatur ist vortheilhaft an ihrer Aufsenfiäche mit Schlitzen oder Löchern ausgestattet. Die Windungen sind, in gebräuchlicher Weise angeordnet und ihre Anzahl ist für eine gegebene elektromotorische Kraft die gleiche wie bei der gewöhnlichen Armatur; doch sind die auf einander folgenden Wickelungen nicht wie bei der Gramme-Maschine hinter einander geschaltet, sondern jede Bewickelung ist mit einer anderen, in einem gewissen Abstande von ihr an dem Ankerkern angebrachten Wickelung verbunden. Diese beiden von einander örtlich getrennten Wickelungen werden in Bezug auf ihre Verbindung mit dem Stromwender so behandelt, als ob sie eine einzige Bewickelung bildeten.A Gramme machine arranged in accordance with the invention is described below described. The fitting is advantageous on its outer surface with slots or Holes fitted. The turns are arranged in the usual way and their number is the same as the ordinary one for a given electromotive force Armature; but the successive windings are not like those of the Gramme machine connected one behind the other, but each winding is with a different one, in a certain distance from it attached to the armature core winding. These two windings, which are spatially separated from each other, are related to their connection treated with the commutator as if they formed a single wrap.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt Fig. 1 in der schematischen Endansicht einen Theil der Gramme-Maschine mit der der Erfindung gemäfs angeordneten Ankerbewickelung.In the accompanying drawings, Fig. 1 shows a part in schematic end view the Gramme machine with the armature winding arranged according to the invention.

Der Ankerkern 1 ist an seiner Aufsenfiäche mit Schlitzen 2 versehen, welche je zwei um den Kern gewundene Armaturbewickelungen 3, γ enthalten. Der Deutlichkeit wegen sind nur sechs Windungen dargestellt. Im Schlitz A sind zwei Wickelungen 3, 3% in B die nächsten zwei 3, 3^a und in G weitere zwei Wickelungen 3, 3^a angebracht. Es möge hervorgehoben werden, dafs der Abstand zwischen der Wickelung 3 in A und der Wickelung 3* in G der Erfindung gemäfs dem Abstand D zwischen den benachbarten Polschuhen N S genau oder nahezu gleichkommt. Die Wickelungen sind folgendermafsen verbunden. Das eine Ende der Wickelung 3 in A steht mit einem Steg 4 des Stromwenders in Verbindung; das andere Ende dieser Wickelung ist mit dem einen Ende der Wickelung γ in G verbunden. Das andere Ende dieser Wickelung 3^a ist vermittelst eines Leiters 3° mit jenem Ende der Wickelung 3 in B verbunden, welches mit dem. Stromwendersteg 4^a in Verbindung steht. In entsprechender Weise werden die übrigen Armaturwickelungen verbunden. Jedes in Verbindung stehende Paar von Wickelungen 3, 3* bildet ein Element der gesammten Bewickelung. The anchor core 1 is provided on its outer surface with slots 2 which each contain two armature wraps 3, γ wound around the core. Only six turns are shown for clarity. In slot A there are two windings 3, 3%, in B the next two 3, 3 ^a and in G another two windings 3, 3 ^a . It should be emphasized that the distance between the winding 3 in A and the winding 3 * in G of the invention is exactly or almost equal to the distance D between the adjacent pole pieces NS. The windings are connected as follows. One end of the winding 3 in A is connected to a web 4 of the commutator; the other end of this winding is connected to one end of the winding γ in G. The other end of this winding 3 ^a is connected by means of a conductor 3 ° to that end of the winding 3 in B , which is connected to the. Stromwendersteg 4 ^{a is} in connection. The remaining armature windings are connected in a corresponding manner. Each connected pair of windings 3, 3 * forms an element of the total winding.

Bei dieser Schaltung der Wickelungen bleibt die Richtung des Stromes und die elektromotorische Kraft während des gröfsten Theiles einer-Umdrehung dieselbe. Gelangt jedoch das Wickelungselement in die Zone der Stromwendung, so werden die elektromotorischen Kräfte in den beiden mit einander verbundenen Theüen einander entgegengesetzt, da der eine Wickelungstheil sich unter dem einen Polschuh und der andere sich unter dem nächsten, entgegengesetzte Polarität besitzenden Polschuh befindet.With this connection of the windings, the direction of the current and the electromotive direction remain The same force during the greatest part of a revolution. However, it succeeds Winding element in the zone of commutation, so are the electromotive Forces in the two connected parts are opposed to one another, since the one Part of the winding under one pole piece and the other under the next, opposite one Pole shoe with polarity is located.

Es wird daher von der Bürste 6 (sobald dieselbe das mit dem Element verbundene Paar von Stromwenderstegen berührt) eine nahezu funkenlose Verbindung hergestellt, wobei der Bürste eine geringere Voreilung als die gebräuchliche, keine Voreilung oder selbst eine Zurückstellung ertheilt werden kann, und die Anordnung eines kleinen, eine Ersparnifs an Kraft und Material bedingenden Luftzwischenraumes möglich wird.It is therefore from the brush 6 (as soon as it is connected to the element Pair of commutator bars touched) an almost sparkless connection established, whereby the brush has a smaller lead than the usual, no lead or even one Deferment can be granted, and the arrangement of a small one, a savings Force and material conditioned air gap becomes possible.

Fig. 2 ist ein abgewickelter Grundrifs und zeigt in schematischer Weise eine gröfsere Anzahl von Elementen als Fig. ι; ferner die gegenseitige Stellung der Elemente der Feldmagnetpole N S (welche in gestrichelten Linien angedeutet sind), des Polzwischenraumes und der Commutatorsegmente, von welchen einige, 4,4^a, 4^b, 4^C, dargestellt erscheinen.Fig. 2 is a developed plan and shows schematically a larger number of elements than Fig. 1; Furthermore, the mutual position of the elements of the field magnetic poles NS (which are indicated in dashed lines), the pole gap and the commutator segments, some of which, 4,4 ^a , 4 ^b , 4 ^C , appear to be shown.

Die Fig. 3, 4, 5,6 und 7 zeigen fünf auf einander folgende Stellungen eines Wickelungselementes. In diesen schematischen Figuren sind der Deutlichkeit wegen die Schlitze 2 (Fig. 1) fortgelassen. Die kurzen Pfeile veranschaulichen die Art und Weise, wie in den beiden ein Element bildenden Wickelungen die elektromotorischen Kräfte sich in den Stellungen Fig. 3 und 7, d. i. also während des gröfseren Theiles einer Umdrehung, gegenseitig verstärken und wie in der durch Fig. 5 .veranschaulichten Stellung diese Kräfte einander entgegengesetzt sind. Die Stromumschaltung mufs in dem Augenblick erfolgen, wo die Stellung Fig. 5 erreicht wird, oder kurz darauf.3, 4, 5, 6 and 7 show five consecutive positions of a winding element. In these schematic figures the slots 2 (Fig. 1) are omitted for the sake of clarity. The short arrows illustrate the way in which the electromotive forces in the two windings forming one element are in the Positions Figs. 3 and 7, i.e. i. that is, during the greater part of a revolution, mutually and as in the position illustrated by FIG. 5, these forces reinforce each other are opposite. The current switching must take place at the moment when the Position Fig. 5 is reached, or shortly thereafter.

Die Fig. 4 und 6 zeigen Zwischenstellungen des Elementes.4 and 6 show intermediate positions of the element.

Zur weiteren Klarlegung der Erfindung möge nun die beschriebene Anordnung mit derjenigen eines gewöhnlichen Gramme-Ankers von gleicher Wickelungsanzahl verglichen werden. Zu diesem Zweck wird ein gewöhnlicher G r a m m e'scher Ring gewählt, welcher 420 in Gruppen von je 70 auf einander folgenden Elementen zu sechs Windungen angeordnete Wickelungen besitzt, die mit einem Stromwender von 70 Stegen verbunden sind, wobei der Anfang jedes Wickelungselementes mit einem Steg des Stromwenders und das Ende desselben mit dem nächstfolgenden Stromwendersteg verbunden ist. Der Erfindung gemäfs wird derselbe Gramme'sche Ring in folgender Weise umgeändert. Jedes der sechs Windungen enthaltenden Elemente wird in zwei Wickelungen von je drei Windungen getheilt; die zweite Wickelung wird in gewissem Abstande von der ersten an dem Ring angebracht, doch bleiben alle sechs Windungen zwischen zwei benachbarten Stegen hinter einander geschaltet; es befinden sich nach wie vor 70 Stege in dem Stromwender und 420 Windungen am Ring.To further clarify the invention, the arrangement described may now be combined with that of an ordinary Gramme anchor with the same number of turns. For this purpose, an ordinary Gram e ring is chosen, which is 420 in Groups of 70 successive elements each arranged to form six turns Has windings that are connected to a commutator of 70 webs, wherein the beginning of each winding element with a web of the commutator and the end of the same is connected to the next commutator bar. According to the invention, the same Gramme ring is used in the following Changed way. Each of the six turns containing elements is in two turns divided by three turns each; the second winding is some distance attached to the ring from the first, but all six turns remain between two adjacent webs connected one behind the other; There are still 70 bars in the commutator and 420 turns on the ring.

Um eine funkenlose Stromabnahme zu erzielen und die Rückwirkung der Armatur innerhalb bescheidener Grenzen zu halten, war es bisher gebräuchlich, bei Dynamomaschinen mit Trommelanker glatte Armaturkerne anzuordnen und die Bewickelung auf die Oberfläche der Kerne zu legen. Diese Anordnung hat verschiedene Nachtheile im Gefolge. Der bedeutende Abstand zwischen den Feldmagnetpolen und dem Ankerkern macht grofse und schwere Magnetkerne und sowohl in Bezug auf den Materialaufwand als auch in Hinsicht auf den Kraftverbrauch kostspielige Magnetbewickelungen nothwendig. Die Ankerwindungeri müssen flachgewalzt oder untertheilt werden, soll bedeutender Kraftverlust durch Wirbelströme vermieden werden. Diese Wickelungen können' nicht ohne Weiteres festgehalten und mechanisch angetrieben werden, und der mit isolirendem Material bedeckte Kern ist der Erhitzung ausgesetzt.To achieve a spark-free power consumption and the retroactive effect of the valve Until now, it was customary to keep it within modest limits with dynamo machines to arrange smooth valve cores with drum anchors and the wrapping on the surface to lay the kernels. This arrangement has various disadvantages as a result. Of the The considerable distance between the field magnetic poles and the armature core makes large and heavy magnetic cores and both in terms of the cost of materials and in terms of Magnet windings that are costly on the power consumption are necessary. The anchor windings must be rolled flat or subdivided, should result in significant loss of strength Eddy currents are avoided. These coils cannot simply be held in place and driven mechanically, and the core covered with insulating material is that Exposed to heating.

Der einzige zufällige Vortheil einer derartigen Anordnung ist, dafs der weite Raum zwischen der Oberfläche des Armatur-Eisenkernes und der gegenüber liegenden Fläche der Polschuhe die Rückwirkung der Armatur verringert, welche aber doch noch beträchtlich bleibt. Derartige Armaturen sind gewöhnlich mit quer zu einem Durchmesser gestellten Windungen versehen, doch sind auch Windungen, welche blos quer zu einer Kreissehne laufen, angewendet und vorgeschlagen worden, um das Aufbringen der Wickelung zu erleichtern oder die Rückwirkung der Armatur etwas zu vermindern. Diese letztere Anordnung ändert jedoch nichts an dem breiten Luftzwischenraum und den durch diesen bedingten Nachtheilen.The only fortuitous advantage of such an arrangement is that it is wide between the surface of the armature iron core and the opposite surface the pole pieces reduce the reaction of the armature, which, however, is still considerable remain. Such fittings are usually placed across a diameter Twists provided, but there are also twists which are merely transverse to a circular chord run, have been used and proposed to facilitate the application of the wrap or to reduce the reaction of the valve somewhat. However, this latter arrangement does not change the width Air gap and the disadvantages caused by this.

Trommelanker werden auch oft mit Zähnen, Nuthen oder Schlitzen versehen, in welchen die Wickelungen eingelassen sind. Diese Anordnung, welche in gewisser Hinsicht sehr gut ist, hat jedoch den Nachtheil, dafs die Rückwirkung der Armatur und die Funkenbildung bedeutend gröfser sind als bei Armaturen mit glattem Kern, und sie konnte daher nicht erfolgreich für Starkstrommaschinen angewendet werden. In jenen Fällen, wo diese Anordnung gewählt wurde, sind die Vortheile gezahnter Armaturen nur unvollständig erreicht worden, da sich die Notwendigkeit herausstellte, gröfsereDrum anchors are also often provided with teeth, grooves or slots in which the windings are embedded. This arrangement which in some ways is very good has the disadvantage, however, that the reaction of the armature and the formation of sparks are significantly larger than smooth-core faucets, and they could therefore not be successful can be used for high-voltage machines. In those cases where this arrangement has been chosen the advantages are more toothed Fittings were only incompletely achieved, since the need turned out to be larger

Luftzwischenräume zu verwenden und die Dichtigkeit der magnetischen Kraftlinien an den Zähnen über das Mafs der öconomischen Kraftliniendichte, welche sowohl bei Ankerkronen als auch bei den Polschuhen der Feldmagnete zulässig ist, bedeutend zu erhöhen.Use air gaps and the tightness of the magnetic lines of force the teeth over the measure of the economic force line density, which both with anchor crowns as well as with the pole pieces of the field magnets is permissible to increase significantly.

Zur Vermeidung oder Verminderung der erwähnten Nachtheile infolge von Funkenbildung und Rückwirkung der Armatur wird der Erfindung gemäfs bei Dynamomaschinen mit Trommelanker die nachfolgend beschriebene Construction angewendet. Auf einen gezahnten, geschlitzten oder genutheten Trommelanker wird eine Sehnenbewickelung derart aufgebracht,· dafs einerseits im Augenblick des Stromwechsels in den beiden Hälften des Elementes einander entgegengesetzte elektromotorische Kräfte hervorgebracht werden, andererseits während des gröfsten Theiles einer Umdrehung die elektromotorischen Kräfte sich gegenseitig unterstützen. Mit anderen Worten: Der Sehnenwinkel wird derart gewählt, dafs im Moment des Stromwechsels sowohl der vordere als auch der rückwärtige Theil eines Elementes der Wirkung desselben magnetischen Feldes ausgesetzt sind . und der eine in das Feld gelangt, bevor der andere dasselbe verläfst. Fig. 8 zeigt in schematischer Weise einen Theil einer Dynamomaschine mit geschlitztem Trommelkern und der beschriebenen Sehnenbewickelung; 3^a ist der vordere Theil der Wickelung und 3 der rückwärtige Theil derselben. Bei einer mehrpoligen Trommelarmatur und gezahntem, geschlitztem oder genuthetem Kern werden die leitenden Drähte derart angeordnet, dafs die obengenannte Bedingung erfüllt ist. Anstatt in gleichen Winkelabständen von einander angeordnete Wickelungen zu verbinden, werden dieselben so weit von einander entfernt, dafs ihre elektromotorischen Kräfte im Moment des Stromwechsels einander entgegengesetzt sind und während des gröfseren Theiles einer Umdrehung sich gegenseitig verstärken.In order to avoid or reduce the disadvantages mentioned as a result of spark formation and reaction of the armature, the construction described below is used according to the invention in dynamo machines with drum armatures. On a toothed, slotted or grooved drum anchor, a tendon winding is applied in such a way that, on the one hand, at the moment of the current change in the two halves of the element, opposing electromotive forces are produced, and on the other hand, the electromotive forces mutually support each other during the largest part of a revolution. In other words, the angle of the chord is chosen in such a way that, at the moment of the change of current, both the anterior and the posterior part of an element are exposed to the action of the same magnetic field. and one gets into the field before the other does the same. 8 shows, in a schematic manner, part of a dynamo machine with a slotted drum core and the wrapping of the tendons described; 3 ^a is the front part of the winding and 3 the rear part of the same. In the case of a multi-pole drum fitting and a toothed, slotted or grooved core, the conductive wires are arranged in such a way that the above-mentioned condition is met. Instead of connecting windings arranged at equal angular intervals, they are so far apart that their electromotive forces are opposed to one another at the moment of the change of current and are mutually reinforcing during the greater part of a revolution.

Es können kleinere Hülfspole zwischen jedem Paar von Polschuhen angeordnet werden, welche so gestellt sind, dafs sie auf den vorderen Theil jedes Elementes wirken.Smaller auxiliary poles can be arranged between each pair of pole pieces, which are so placed that they act on the front part of each element.

Fig. 9 zeigt in schematischer Weise einen derart angeordneten Gr am me'sehen Ring. NS sind die gewöhnlichen Pole und S¹ ist ein Hülfspol, welcher zwischen den Schuhen der beiden Pole-iVS angeordnet ist.9 shows, in a schematic manner, a size ring arranged in this way. NS are the usual poles and S ¹ is an auxiliary pole, which is arranged between the shoes of the two poles-iVS.

Bei dieser Anordnung bestimmt der Abstand d die Entfernung zwischen den Wickelungen 3, 3^a jedes Elementes.In this arrangement, the distance d determines the distance between the windings 3, 3 ^{a of} each element.

Fig. 10 zeigt in schematischer Weise einen Theil einer verbesserten Trommelankermaschine mit kleinen Zwischenpolen S¹. Fig. 10 shows schematically part of an improved drum armature machine with small intermediate poles S ¹ .

Die beschriebenen Neuerungen können sowohl für Dynamos, welche als Stromquelle dienen, als auch für solche, welche als Motoren Verwendung finden, und zwar für Gleichstrom oder für Wechselstrom angewendet werden.The innovations described can be used both for dynamos, which as a power source serve, as well as those that are used as motors, for direct current or used for alternating current.

Es ist wohl eine Art der Verbindung vorgeschlagen worden, welcher zufolge im Moment des Strom wechseis eine Wickelung, welche mit einer anderen, nicht magnetisch beeinflufsten in Serie geschaltet ist, sich unter dem Einflufs eines Feldmagneten befindet. Bei dieser Anordnung durchfielst der Strom die Wickelungen nach verschiedenen Bahnen und es wird beabsichtigt, die Streuung der Kraftlinien zu vermindern. Eine derartige Anordnung ist jedoch von der beschriebenen wesentlich verschieden und giebt nicht dasselbe Resultat.Some kind of connection has been suggested according to which at the moment the current alternates one winding, which does not influence magnetically with another is connected in series, is under the influence of a field magnet. With this arrangement the current fell through the windings in different paths and it it is intended to reduce the spread of the lines of force. One such arrangement is but essentially different from the one described, and does not give the same result.

Claims

Patent Claims:

1. Armature winding for dynamo machines with grooved, perforated or toothed Armature core, characterized in that each winding element consists of two parts connected one behind the other, which are wrapped in the same sense and spaced from each other by such a distance lie that the electromotive forces of the two parts are rectified during the greater part of a revolution are, on the other hand, act in opposite directions at the moment of the current change.

2. In dynamo machines with armature windings according to claim 1, the arrangement of auxiliary poles (S ¹ J, the distance between the two windings of each element being equal to the distance of a pole (N or SJ from the adjacent auxiliary pole (S ¹ J.

1 sheet of drawings.